深入剖析Redis高可用之Sentinal(哨兵)原理

生产环境中，对于任何的软件系统或者其组件，都需要保证其高可用性。

引入Redis做缓存系统，首先通过主从架构，可以解决系统的并发瓶颈。一般情况下，在任何一个Redis集群中，最最经典的用法都是一主多从的架构，主节点负责接收写请求，从节点接收读请求，即缓存的读写分离架构。

但从上图的架构上看，是不能保证其高可用的，因为虽然从节点有多个，但是主节点只有一个，一旦主节点宕机，整个集群基本就丧失了接收新的写请求的能力，进而这个集群就瘫痪了。

那么既然是高可用，就需要一种机制，能够在主节点宕机之后，能够从从节点中选择一个可用的节点，来担当主节点的职责，继续对外提供服务，这样才能保证集群的可用性。

在Redis中，提供了一个叫做Sentinal（哨兵）的组件作为独立运行的进程，主要用来做集群监控，消息通知、故障转移、配置中心。通过这几大特性，在Redis主节点宕机之后，Redis哨兵会通过一系列的操作，从从节点选出一个节点提升为主节点，继续对外提供服务，从而保证Redis及集群的高可用性。

• 主节点宕机后，哨兵会感知到主节点宕机，但是哨兵集群中每一个节点，如果低于quorum数量的哨兵感知到主节点宕机，并不会马上开始选主，而是会将感知到的主节点宕机的消息通知给其他哨兵节点，这个阶段叫做sdown是主观宕机。
• 当哨兵节点中，大于等于quorum的哨兵节点都发现主节点宕机后，主观宕机才会提升为客观宕机。
  
  master节点被认为odown了，而且majority个哨兵都允许了主备切换，那么哨兵节点中就会选举出一个节点（Leader）来执行主备切换操作，哨兵Leader选举采用的是Raft算法，大致流程为：
• 每个在线的哨兵，都有可能成为Leader，它（如下图Sentinal Node 1）确认主节点下线时，会向集群中其他哨兵发送一个is-master-down-by-addr命令，征求其他哨兵节点的判断并要求自己成为Leader。
• 当其他哨兵收到命令时，可以同意或者拒绝他成为Leader。
• 当节点Sentinal Node 1发现，集群中超过半数节点回复同意它成为Leader时，那么该节点就会成为Leader。如果没有超过，则再进行新一轮的投票。

执行切换操作的哨兵（Leader）选举出来后，这个哨兵就要从所有的Slave节点中选举出一个slave来作为Master，选举过程中，影响的因素有：

1. Slave跟Master断开连接的时长（这个时长越短，证明丢失的数据越少，成为新的Master的可能性就越大，如果一个slave跟master断开连接已经超过了down-after-milliseconds的10倍，外加master宕机的时长，那么slave就被认为不适合选举为master）。

如果通过第一个条件，无法选出主节点，那么会根据Slave的如下几个特性对Slave进行排序，选出合适的Slave切换为Master。

2. Slave的优先级（Slave优先级越高，成为主节点的可能性就越大）。
3. 同步数据的偏移量replica offset，在优先级都相同的情况下，会根据所有Slave中的replica offset来判断哪一个Slave中的的数据越多，即replica offset越大，优先级就越高。
4. 如果所有Slave中上述两个条件都相同，那么会根据Slave的run id来进行排序，run id越小，优先级越高。

通过选举算法，选出合适的Slave节点后，Sentinal集群中选出的Leader准备执行主备切换，执行主备切换前，需要得到majority个哨兵的授权，才能正式执行切换。

如果quorum < majority，比如5个哨兵，majority就是3，quorum设置为2，那么就3个哨兵授权就可以执行切换。

但是如果quorum >= majority，那么必须quorum数量的哨兵都授权，比如5个哨兵，quorum是5，那么必须5个哨兵都同意授权，才能执行切换。

在获得执行切换授权的哨兵执行切换的时候，也会出现切换失败和切换成功两种情况。

• 切换成功：从节点到主节点切换成功后，执行切换的那个哨兵，会从新的主节点那里得到一个Configuration Epoch，这就是一个version号，每次切换，这个version号都是唯一的。负责切换的哨兵得到这个version号之后，会在自己本地更新生成最新的master配置，然后将新的master的信息通知给其他的哨兵。其他的哨兵都是根据版本号的大小来更新自己的master配置。
• 切换失败：如果选出来的哨兵执行切换失败，那么其他哨兵，会等待failover-timeout时间，然后接替继续执行切换，此时会重新获取一个新的configuration epoch，作为新的version号。

备注：学习总结，如有错误，望同行指正，谢谢。